Pagina 17 van: Aandrijftechniek – nummer 2 – 2019
17
Lagerschade in windturbines?
Liever niet!
V
oor onshore-turbines is de traditionele gewenste
levensduur van lagers 175.000 uren, wat overeen-
komt met een levensduur van ongeveer 20 jaar.
In de snel groeiende markt van de offshore-wind-
parken, waar hoge investeringen en een moeilijk
toegankelijke locatie de dienst uit maken, wordt een levensduur
van 25 jaar opgelegd. De extreme dynamische belastingen die op
de aandrijfl ijn van een windturbine inwerken, maken van deze
eis een stevige uitdaging. In onshore-windturbines ondergaan
de hoofdlagers belastingen van ongeveer 1 MN. Op zee werken
door de hogere windsnelheden nog sterkere statische en dyna-
mische belastingen op de rotor in. Ook de aandrijfl ijn krijgt die
invloeden te verwerken.
Tegelijkertijd groeien deze systemen voortdurend in grootte
en stijgen de prestaties, zowel in onshore- als offshore-toepas-
singen. NSK ontwikkelt nu lagers voor 9,5 MW-turbines, die bin-
nenkort op grote schaal in productie gaan. Bovendien ontwikkelt
het bedrijf ook lagers voor offshore-windturbines met een nog
hoger nominaal vermogen.
Condition monitoring
Hogere prestaties, meer vermogen en het groeiende markt-
aandeel van offshore-windturbines zijn belangrijke drijfveren
achter de toenemende vraag naar een langere levensduur van
de lagers. Windenergietechnologie is daarom een ideaal toe-
passingsgebied voor online conditiemonitoringsystemen, die
continu trillingen en andere afwijkingen in de aandrijving meten
en analyseren.
Als er lagerschade optreedt, kunnen de defecte onderdelen
(de binnen- of buitenring, kogels of kooi) vroegtijdig worden
gedetecteerd door de meting te analyseren. Een door NSK ont-
wikkeld conditiemonitoringsysteem (CMS) werd onlangs in een
offshore-windpark in Japan geïnstalleerd. De rol van het CMS is
afwijkingen vroeg genoeg te detecteren om een predictief onder-
houd mogelijk te maken. NSK ziet een groot marktpotentieel
voor dit soort oplossingen.
Het monitoren van componenten is echter altijd een secun-
daire maatregel in kritieke toepassingsgebieden. De primaire
technische doelstelling bij het ontwikkelen van lagers voor wind-
turbines is nog steeds, en zal dat altijd blijven, om te zorgen
voor een hoge mate van betrouwbaarheid. In dit opzicht hebben
diverse fabrikanten al aanzienlijke vooruitgang geboekt. Een
belangrijke bijdrage aan de lager-evolutie was bijvoorbeeld de
ontwikkeling van lagers uit nieuwe materialen en warmtebe-
handelingsprocessen, zoals het Super Tough (STF) aangepast
staal van NSK. Lagers gemaakt van dit materiaal gaan twee keer
zo lang mee als die vervaardigd uit conventioneel staal. De gro-
tere belastinggraad is overigens bevestigd en gecertifi ceerd in
december 2017 door DNV GL.
De duurzame eigenschappen van STF worden bereikt door het
gebruik van een speciale chemische samenstelling en een spe-
cifi ek warmtebehandelingsproces. Typische schadesymptomen,
zoals door ouderdom veroorzaakte scheurtjes in de lagerbanen
worden veroorzaakt door niet-metallische deeltjes in het lager-
staal. Deze symptomen komen echter zo goed als niet voor in
lagers vervaardigd uit STF.
White Structure Flaking
Een probleem dat de windturbinetak nog vaak treft, is een
schade die bekend staat als White Structure Flaking (WSF) of
White Etching Cracks (WEC). Bij deze problemen leidt de loopbaan
van het lager aan plaatselijk afbladderen. De broze structuur kan
de belasting niet weerstaan en dat resulteert in scheuren. Deze
scheuren groeien tot aan de loopbaan en dat leidt uiteindelijk tot
het stuk gaan van het lager. Dit type schade treedt relatief vroeg
op; kort nadat een systeem in bedrijf is genomen. Nadat ze een
zogenaamde ‘picral-ets’ veroorzaken, vertonen deze scheurtjes
een witte schijn, vandaar de naam White Structure Flaking (WSF).
Intensieve tests bij de R&D afdeling van NSK hebben dit type
schade kunnen reproduceren, wat leidde tot een hypothese over
de achterliggende oorzaak. Meerdere vermoeidheidstesten toon-
den aan dat WSF veroorzaakt wordt door waterstofpenetratie. Dit
wordt waarschijnlijk beïnvloed door meerdere gecombineerde
factoren, zoals axiale en radiale slip tussen kogels en loopbaan,
elektriciteit en type smering.
Waterstof dringt de loopbaan binnen en vormt de typische
White Structure Flaking dat verder leidt tot scheuren en schilferen.
Deze scheuren kunnen enkele millimeters lang zijn en komen
vanuit de binnenkant richting de oppervlakte. Destructieve tests
van gebruikte lagers die geen zichtbare tekenen van oppervlak-
Symptomen van schade aan een lager door White Etching Cracks
Met AWS-TF heeft NSK een nieuw materiaal ontwikkeld specifi ek
voor windturbinelagers >
Offshore windturbine-
lagers moeten gedu-
rende 25 jaar sterk
dynamische belastingen
kunnen weerstaan
16-17-18_nsk.indd 17 11-03-19 16:20